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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft allgemein einen Kühlkanal für ein Fahrzeug und im Spezielleren einen Kühlkanal zum Lenken einer Luftströmung von einem Fahrgastraum des Fahrzeugs zu einem Energiespeichersystem des Fahrzeugs, um das Energiespeichersystem zu kühlen.
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HINTERGRUND
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Manche Fahrzeuge, wie etwa, als Beispiel ohne einschränkenden Charakter, Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge, umfassen ein Energiespeichersystem, das sich in einem Innenraum des Fahrzeugs befindet. Das Energiespeichersystem benötigt zur Gewährleistung eines einwandfreien Betriebs eine Kühlung. Zur Bereitstellung einer Luftströmung, die zum Kühlen des Energiespeichersystems dient, umfassen manche Fahrzeuge einen Kühlkanal, der einen Fahrgastraum des Fahrzeugs mit dem Energiespeichersystem verbindet, um eine Luftströmung von dem Fahrgastraum zu dem Energiespeichersystem zu lenken. Beispielsweise kann der Kühlkanal einen Einlass aufweisen, welcher an einer hinteren Kofferraumabdeckung, die den Fahrgastraum von einem Kofferraum des Fahrzeugs trennt, zu dem Fahrgastraum hin offen ist.
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KURZFASSUNG
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Es wird ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug umfasst eine Karosserie, die einen Fahrgastraum definiert. Ein Energiespeichersystem wird von der Karosserie getragen und ist außerhalb des Fahrgastraums angeordnet. Ein Kühlkanal steht mit dem Fahrgastraum und dem Energiespeichersystem in Fluidverbindung. Der Kühlkanal definiert einen Einlass in den Fahrgastraum. Der Kühlkanal ist so ausgelegt, dass er eine Luftströmung von dem Fahrgastraum mit einer minimalen Strömungsrate ansaugt und die Luftströmung zu dem Energiespeichersystem lenkt, um das Energiespeichersystem zu kühlen. Der Kühlkanal umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt ist aus einem nichtporösen Material geformt. Der zweite Abschnitt ist aus einem porösen Material geformt. Der zweite Abschnitt ist an dem ersten Abschnitt angebracht, um einen umschlossenen Strömungspfad für die Luftströmung zu definieren. Der zweite Abschnitt umfasst einen spezifischen Luftströmungswiderstand. Der spezifische Luftströmungswiderstand erlaubt eine Luftinfiltration durch das poröse Material hindurch mit einer Rate von zwischen null Prozent (0%) und zwanzig Prozent (20%) der minimalen Strömungsrate, wenn der Einlass unversperrt ist, und mit einer Rate von zumindest dreißig Prozent (30%), wenn der Einlass zur Gänze versperrt ist.
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Ein Kühlkanal setzt einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs und ein Energiespeichersystem in Fluidverbindung miteinander und lenkt eine Luftströmung von dem Fahrgastraum zu dem Energiespeichersystem, um das Energiespeichersystem zu kühlen. Der Kühlkanal lenkt eine Luftströmung von dem Fahrgastraum zu dem Energiespeichersystem, um das Energiespeichersystem zu kühlen. Der Kühlkanal umfasst einen aus einem nichtporösen Material geformten, ersten Abschnitt und einen aus einem porösen Material geformten, zweiten Abschnitt. Der zweite Abschnitt ist an dem ersten Abschnitt angebracht, um einen umschlossenen Strömungspfad für die Luftströmung zu definieren. Der zweite Abschnitt umfasst einen spezifischen Luftströmungswiderstand. Der spezifische Luftströmungswiderstand erlaubt eine Luftinfiltration durch das poröse Material hindurch mit einer Rate von zwischen null Prozent (0%) und zwanzig Prozent (20%) der minimalen Strömungsrate, wenn der Einlass unversperrt ist, und mit einer Rate von zumindest dreißig Prozent (30%), wenn der Einlass zur Gänze versperrt ist.
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Indem der Kühlkanal aus dem nichtporösen ersten Abschnitt und dem porösen zweiten Abschnitt geformt wird, können demgemäß die Luftinfiltrationsanforderungen, denen zufolge es nötig ist, dass das Energiespeichersystem auch bei versperrtem Einlass des Kühlkanals mit einer Kühlluftströmung versorgt wird, ebenso wie die Lärm- und Vibrationsschutzanforderungen an das Fahrzeug dergestalt angepasst und eingestellt werden, dass sie den spezifischen Erfordernissen an das Fahrzeug entsprechen, während gleichzeitig die Kosten für den Kühlkanal minimiert werden.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der besten Umsetzungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs.
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2 ist eine teilweise als Explosionszeichnung dargestellte, schematische Perspektivansicht eines mit einem Energiespeichersystem gekoppelten Kühlkanals.
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3 ist ein schematischer Querschnitt des Kühlkanals entlang der in 1 gezeigten Schnittlinie 3-3.
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4 eine schematische Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform des Kühlkanals.
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5 ist ein schematischer Querschnitt der alternativen Ausführungsform des Kühlkanals entlang der in 4 gezeigten Schnittlinie 5-5.
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6 ist ein schematischer Querschnitt der alternativen Ausführungsform des Kühlkanals entlang der in 4 gezeigten Schnittlinie 6-6.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In den Figuren, auf welche nun Bezug genommen wird und in denen gleiche Zahlen über die verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Bauteile anzeigen, ist ein Fahrzeug in 1 allgemein unter 20 gezeigt. Das Fahrzeug 20 kann, als Beispiel ohne einschränkenden Charakter, ein Hybridfahrzeug 20 oder ein Elektrofahrzeug 20 mit einem Energiespeichersystem 22 umfassen. Das Energiespeichersystem 22 kann, als Beispiel ohne einschränkenden Charakter, eine Batterie oder eine ähnliche Vorrichtung umfassen.
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In 1, auf welche nun Bezug genommen wird, umfasst das Fahrzeug 20 eine Karosserie 24, die einen Fahrgastraum 25 definiert. Das Energiespeichersystem 22 wird von der Karosserie 24 getragen und ist außerhalb des Fahrgastraums 25 angeordnet. Anders ausgedrückt, das Energiespeichersystem 22 ist nicht innerhalb des Fahrgastraums 25 angeordnet. Beispielsweise kann die Karosserie 24 weiterhin einen Innenraum 26 umfassen, der getrennt von dem Fahrgastraum 25 ausgebildet ist, sich von diesem unterscheidet und in dem sich das Energiespeichersystem 22 befindet. Das Fahrzeug 20 kann weiterhin beispielsweise einen hinteren Kofferraumdeckel 28 oder ein ähnliches Trennelement umfassen, um den Fahrgastraum 25 zumindest teilweise von dem Innenraum 26 zu trennen.
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Das Fahrzeug 20 umfasst einen Kühlkanal 30. Ein Kühlkanal 30 steht mit dem Fahrgastraum 25 und dem Energiespeichersystem 22 in Fluidverbindung. Der Kühlkanal 30 definiert einen Einlass 32 in den Fahrgastraum 25, durch welchen Luft von dem Fahrgastraum 25 durch den Kühlkanal 30 in das Energiespeichersystem 22 strömen kann. Der Kühlkanal 30 ist so ausgelegt, dass er eine Luftströmung von dem Fahrgastraum 25 mit einer minimalen Strömungsrate ansaugt und die Luftströmung zu dem Energiespeichersystem 22 lenkt, um das Energiespeichersystem 22 zu kühlen.
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Bezugnehmend nun auch auf 2 und 3, umfasst der Kühlkanal 30 einen ersten Abschnitt 34 und einen zweiten Abschnitt 36. Der erste Abschnitt 34 ist aus einem nichtporösen Material geformt. Das nichtporöse Material des ersten Abschnitts 34 kann, als Beispiel ohne einschränkenden Charakter, ein Kunststoffmaterial oder dergleichen umfassen. Beispielsweise kann der erste Abschnitt 34 durch ein Blasformverfahren aus einem thermoplastischen Kunststoff wie etwa Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyester (zum Beispiel Polyethylenterephthalat (PET)) oder Polystyrol (PS) geformt sein.
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Der zweite Abschnitt 36 ist aus einem porösen Material geformt. Das poröse Material des zweiten Abschnitts 36 kann eine Pressmatte entweder aus zusammengeklebten Naturfasern oder aus zusammengeklebten Kunstfasern umfassen. Beispielsweise kann der zweite Abschnitt aus porösem Material dadurch geformt werden, dass zwei Arten von Polyethylenterephthalat-Fasern (PET-Fasern) in unverwobenem Zustand und unter Durchführung einer Vernadelung der Laminatstruktur miteinander laminiert werden und der sich daraus ergebende, ursprüngliche Vliesstoff durch ein Heißpressverfahren in eine Form gebracht wird, die den zweiten Abschnitt 36 definiert.
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Die weiter oben angegebenen zwei Arten von PET-Fasern können Normalfasern und Bindemittelfasern umfassen. Es handelt sich bei den Normalfasern um Fasern mit hohem Schmelzpunkt und bei den Bindemittelfasern um Fasern mit niedrigem Schmelzpunkt. Eine jede der Normalfasern ist mit einer wasserabweisenden Schicht aus einem wasserabweisenden Material wie etwa einem Wasserabwehrmittel auf Fluor- oder Siliconbasis gebildet, das um ein Kernmaterial aus einem PET-Harz mit hohem Schmelzpunkt herum geformt ist. Der Schmelzpunkt des PET-Harzes mit hohem Schmelzpunkt, welches das Kernmaterial bildet, liegt vorzugsweise in dem Bereich von 220°C bis 260°C. Der Außendurchmesser der Normalfaser liegt vorzugsweise in dem Bereich von 10 μm bis 100 μm und mehr bevorzugt in dem Bereich von 30 μm bis 50 μm. Das Mischungs-Gewichtsverhältnis der Normalfasern in dem ursprünglichen Vliesstoff liegt vorzugsweise in dem Bereich von 50 bis 90% und mehr bevorzugt in dem Bereich von 65 bis 75%.
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Die Bindemittelfaser ist mit einer Bindemittelschicht gebildet, die aus einem PET-Harz mit niedrigem Schmelzpunkt besteht und um ein Kernmaterial herum geformt ist, das jenem der Normalfaser ähnlich ist. Falls das PET-Harz mit niedrigem Schmelzpunkt, das die Bindemittelschicht bildet, von kristalliner Eigenschaft ist, liegt der Schmelzpunkt des PET-Harzes vorzugsweise in dem Bereich von 120°C bis 190°C und mehr bevorzugt in dem Bereich von 140°C bis 170°C. Falls das PET-Harz von nichtkristalliner Eigenschaft ist, liegt dessen Schmelzpunkt vorzugsweise in dem Bereich von 100°C bis 190°C und mehr bevorzugt in dem Bereich von 120°C bis 170°C. Außerdem ist die Bindemittelfaser mit einer geringeren Dicke als die Normalfaser ausgebildet und liegt der Außendurchmesser der Bindemittelfaser vorzugsweise in dem Bereich von 10 μm bis 100 μm und mehr bevorzugt in dem Bereich von 15 μm bis 25 μm. Darüber hinaus liegt das Mischungsverhältnis der Bindemittelfasern in dem ursprünglichen Vliesstoff vorzugsweise in dem Bereich von 10 bis 50% und mehr bevorzugt in dem Bereich von 25 bis 35%.
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Wie weiter oben beschrieben, wird der Vliesstoff vorbereitet, indem der ursprüngliche Vliesstoff unter Verwendung einer Pressform, die durch ein Heißpressverfahren auf etwa 200°C erwärmt worden ist, auf eine vorbestimmte Dicke zusammengepresst wird. Im Zuge der Durchführung dieses Heißpressverfahrens werden die Bindemittelschichten der in dem ursprünglichen Vliesstoff enthaltenen Bindemittelfasern in einen geschmolzenen oder schmelzflüssigen Zustand gebracht und dadurch die Normalfasern und die Bindemittelfasern an ihren Kontaktstellen miteinander verschmolzen und zusammengeklebt. Dadurch wird eine dreidimensionale Netzstruktur, die durch Vernadelung des ursprünglichen Vliesstoffes geformt worden ist, innerhalb des Vliesstoffes fixiert. Anders ausgedrückt, die Normalfasern und die Bindemittelfasern werden dreidimensional ineinander verschlungen und in diesem Zustand fixiert.
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Der zweite Abschnitt 36 ist an dem ersten Abschnitt 34 angebracht, um einen umschlossenen Strömungspfad 38 für die Luftströmung zu bilden, wie dies in 3 gezeigt ist. Im aneinander befestigten Zustand definieren der erste Abschnitt 34 und der zweite Abschnitt 36 einen Verbundquerschnitt 40. Der erste Abschnitt 34 und der zweite Abschnitt 36 können in jeder beliebigen, geeigneten Weise, wie etwa, als Beispiel ohne einschränkenden Charakter, durch einen Heizelementschweißprozess, eine Mehrzahl von Befestigungselementen oder durch eine Verbindung 42 zwischen dem ersten Abschnitt 34 und dem zweiten Abschnitt 36 aneinander befestigt und/oder miteinander zusammengefügt sein. Der umschlossene Strömungspfad 38 kann jede beliebige Form, Ausbildung und/oder Ausrichtung umfassen, die dazu geeignet ist, den Einlass 32 mit dem Energiespeichersystem 22 in Fluidverbindung zu setzen. Außerdem umfasst der umschlossene Strömungspfad 38 einen Querschnitt, der senkrecht zu einer Längsachse 44 des Kühlkanals 30 verläuft und eine geschlossene Form definiert. Die geschlossene Form kann jede beliebige, geeignete Form umfassen, und zwar einschließlich, als Beispiel ohne einschränkenden Charakter, eine im Allgemeinen rechteckige Form.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst der erste Abschnitt 34 des Kühlkanals 30 einen Querschnitt mit einer nichtlinearen Form senkrecht zu der Längsachse 44 des Kühlkanals 30. Der zweite Abschnitt 36 umfasst ebenfalls einen Querschnitt mit einer nichtlinearen Form senkrecht zu der Längsachse 44 des Kühlkanals 30. Die nichtlineare Querschnittsform des ersten Abschnitts passt mit der nichtlinearen Querschnittsform des zweiten Abschnitts 36 zusammen, um dazwischen den umschlossenen Strömungspfad 38 zu definieren. Die nichtlineare Querschnittsform des ersten Abschnitts 34 des Kühlkanals 30 und die nichtlineare Querschnittsform des zweiten Abschnitts 36 des Kühlkanals 30 können jeweils, als Beispiel ohne einschränkenden Charakter, eine im Allgemeinen konkave, U-förmige Ausbildung umfassen. Der erste Abschnitt 34 und der zweite Abschnitt 36 mit ihrer im Allgemeinen jeweils konkaven, U-förmigen Ausbildung passen zusammen, um eine im Allgemeinen rechteckige, geschlossene Form senkrecht zu der Längsachse 44 des Kühlkanals 30 zu definieren. Es ist dabei festzustellen, dass die nichtlinearen Querschnittsformen des ersten Abschnitts 34 und des zweiten Abschnitts 36 sowie die sich daraus ergebende Querschnittsform des Verbundquerschnitts 40 von jenen, die hier beschrieben sind, abweichen können.
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Der Kühlkanal 30 kann weiterhin einen dritten Abschnitt 46 umfassen. Der dritte Abschnitt 46 kann aus demselben oder einem ähnlichen, nichtporösen Material geformt sein, das auch zur Formung des ersten Abschnitts 34 verwendet wird. Der dritte Abschnitt 46 umfasst einen Querschnitt senkrecht zu der Längsachse 44 des Kühlkanals 30, welcher eine umschlossene Form, wie sie beispielsweise in 6 gezeigt ist, definiert. Wie gezeigt, sind der dritte Abschnitt 46 und der Verbundquerschnitt 40, d. h. der Verbund aus erstem Abschnitt 34 und zweitem Abschnitt 36, mit den Enden aneinander angeordnet, um die gesamte Länge des umschlossenen Strömungspfads 38 und des Kühlkanals 30 zu definieren.
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Der zweite Abschnitt 36 umfasst einen spezifischen Luftströmungswiderstand. Der spezifische Luftströmungswiderstand erlaubt eine Luftinfiltration durch das poröse Material hindurch in den Kühlkanal 30. Demgemäß wird Luft von dem Fahrgastraum 25 durch den Einlass 32 in den Kühlkanal 30 gesaugt und außerdem auch durch das poröse Material des zweiten Abschnitts 36 hindurch in den Kühlkanal 30 gesaugt. Die Luft kann durch das poröse Material des zweiten Abschnitts 36 mit einer Rate von zwischen null Prozent (0%) und zwanzig Prozent (20%) der minimalen Strömungsrate strömen, wenn der Einlass 32 unversperrt ist. Mehr bevorzugt kann die Luft durch das poröse Material des zweiten Abschnitts 36 mit einer Rate von zwischen null Prozent (0%) und zehn Prozent (10%) der minimalen Strömungsrate strömen, wenn der Einlass 32 unversperrt ist. Die Luft kann durch das poröse Material des zweiten Abschnitts 36 mit einer Rate von zumindest dreißig Prozent (30%) strömen, wenn der Einlass 32 zur Gänze versperrt ist. Mehr bevorzugt kann die Luft durch das poröse Material des zweiten Abschnitts 36 mit einer Rate von zumindest fünfzig Prozent (50%) strömen, wenn der Einlass 32 zur Gänze versperrt ist. Damit ist gewährleistet, dass das Energiespeichersystem ausreichend Kühlluft erhält, um einwandfrei zu funktionieren, selbst wenn der Einlass 32 des Kühlkanals 30 abgesperrt ist, und dabei dennoch ein angemessenes Druckgefälle über den Kühlkanal 30 hinweg beibehalten wird.
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Der spezifische Luftströmungswiderstand kann in Rayl gemessen werden. Ein Rayl (10 Pa·s/m) ist eine Maßeinheit, welche dem Quotienten aus einem Saugdruck innerhalb des Kühlkanals 30 dividiert durch eine Strömungsrate der Luft durch den Kühlkanal 30, multipliziert mit einer Oberfläche des zweiten Abschnitts 36 des Kühlkanals 30, entspricht.
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Der spezifische Luftströmungswiderstand kann einen maximalen spezifischen Widerstand und einen minimalen spezifischen Widerstand umfassen. Der maximale spezifische Widerstand und der minimale spezifische Widerstand betragen jeweils: maximaler spezifischer Widerstand = (n) × (6.130 Rayl); und minimaler spezifischer Widerstand = (n) × (3.680 Rayl). Die Variable ”n” entspricht dem von dem zweiten Abschnitt 36 des Kühlkanals 30 definierten Prozentanteil an der Gesamtoberfläche. Wenn demgemäß eine Hälfte (1/2) der Gesamtoberfläche des Kühlkanals 30 von dem zweiten Abschnitt 36 definiert ist, so ist n = 0,5, der maximale spezifische Widerstand gleich 3.066 Rayl und der minimale spezifische Widerstand gleich 1.840 Rayl. Wenn in ähnlicher Weise ein Viertel (1/4) der Gesamtoberfläche des Kühlkanals 30 von dem zweiten Abschnitt 36 definiert ist, so ist n = 0,25, der maximale spezifische Widerstand gleich 1.532 Rayl und der minimale spezifische Widerstand gleich 920 Rayl.
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Der zweite Abschnitt 36 des Kühlkanals 30 ist relativ zu dem Einlass 32 und dem ersten Abschnitt 34 so positioniert, dass er eine durch den zweiten Abschnitt 36 hindurch erfolgende Ableitung von Flüssigkeiten, die in den Einlass 32 des Kühlkanals 30 einfließen, ermöglicht. Wie gezeigt, ist der zweite Abschnitt 36 unterhalb des ersten Abschnitts 34 und auf niedrigerer Höhe als der Einlass 32 des Kühlkanals 30 positioniert. Für den Fall, dass irgendwelche Fluide in den Einlass 32 hinein verschüttet werden, können demgemäß diese Fluide durch das poröse Material des zweiten Abschnitts 36 aus dem Kühlkanal 30 hinaussickern und werden nicht in das Energiespeichersystem 22 hinein abgeleitet. Der zweite Abschnitt 36 des Kühlkanals 30 kann eine Durchlässigkeit von zumindest 30 Milliliter pro Sekunde (ml/s) umfassen, um einen einwandfreien Abfluss von jeglichen in den Kühlkanal 30 hinein verschütteten Flüssigkeiten zu gewährleisten. Alternativ dazu kann der Kühlkanal 30 ein Sammelvolumen (nicht gezeigt) umfassen, das dafür ausgelegt ist, Flüssigkeiten aufzufangen, und das ein Tropfloch (nicht gezeigt) definiert, über das die aufgefangenen Fluide mit der Zeit aus dem Sammelvolumen abgeleitet werden.
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In 4 bis 6, auf welche nun Bezug genommen wird, ist eine alternative Ausführungsform des Kühlkanals unter 50 gezeigt. Der Kühlkanal 50 umfasst einen ersten Abschnitt 52 und einen zweiten Abschnitt 54. Der erste Abschnitt 52 des Kühlkanals 50 ist in seiner Gesamtheit aus einem nichtporösen Material, wie weiter oben beschrieben, geformt. Der zweite Abschnitt 54 des Kühlkanals 50 ist in seiner Gesamtheit aus einem porösen Material, wie weiter oben beschrieben, geformt. Eine Verbindung 56 verbindet den ersten Abschnitt 52 und den zweiten Abschnitt 54 miteinander, um die gesamte Länge des Kühlkanals 50 zu definieren.
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Wie in 5 gezeigt, umfasst der erste Abschnitt 52 des Kühlkanals 50 einen Querschnitt, der eine geschlossene Form senkrecht zu der Längsachse 44 des Kühlkanals 50 definiert. In ähnlicher Weise umfasst der zweite Abschnitt 54, wie in 6 gezeigt, einen Querschnitt, der eine geschlossene Form senkrecht zu der Langsachse 44 des Kühlkanals 50 definiert. Der erste Abschnitt 52 und der zweite Abschnitt 54 sind mit den Enden aneinander angeordnet, um den umschlossenen Strömungspfad 38 zu bilden. Die Länge des ersten Abschnitts 52 und des zweiten Abschnitts 54 kann jeweils angepasst werden, um den unterschiedlichen Konstruktionsanforderungen an das Fahrzeug 20, einschließlich der weiter oben beschriebenen Anforderungen betreffend den spezifischen Luftwiderstand, gerecht zu werden.
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Es sind hier zwar die besten Umsetzungsarten der Erfindung im Detail beschrieben, für den Fachmann auf dem Gebiet, zu welchem diese Erfindung gehört, sind jedoch verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen für die Umsetzung der Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche erkenntlich.
